4. Ergebnisse
4.2 Welche Kompetenzen der Schüler*innen konnten festgestellt werden?
4.2.4 Die Kompetenz ‚Programmierung eines Mikrocontrollers sowie
INFORMATISCHER GRUNDKONZEPTE‘
Hier wird adressiert, inwieweit Schüler*innen einen Mikrocontroller programmieren und grundlegende informatische Grundkonzepte und Inhalte nachvollziehen können. Zu den infor-matischen Grundkonzepten und Inhalten, die in den Unterrichtseinheiten thematisiert wurden, zählen:
• Algorithmus.
• Programm und Programmieren.
• Variablen.
• Mikrocontroller.
• EVA-Prinzip (Eingabe – Verarbeitung – Ausgabe).
• Funk.
• Zufallszahlen.
• Sensoren und Aktoren.
Es konnte beobachtet werden, dass die meisten Schüler*innen aus den drei Schulen am Ende der Unterrichtseinheiten Kompetenzen in diesem weit gefassten Bereich aufwiesen, jedoch auf sehr unterschiedlichen Kompetenzstufen. Auch die Lehrkräfte aller drei Klassen sahen dies differenziert, wie die folgenden drei Interviewauszüge aus den Abschlussgesprächen deutlich machen:
F: Und wie wird so der Verlauf bzw. der Lernfortschritt von der ersten bis zur letzten Stunde der Schüler gesehen? War da irgendwas überraschend oder so wie erwartet?
I: Also ich fand überraschend, dass die, und das haben sie ja auch im Fragebogen gesagt, dass sie das eigentlich, dieses eigenständige Program-mieren am besten gefunden haben. Und wenn man sieht, was sie da eigen-ständig herausgekriegt haben, also M. mit seiner Schneeflöckchen-Weißröck-chen-Sache da und so, das finde ich schon erstaunlich. Also es gibt Spitzen natürlich, ne. J., das scheint nicht sein Ding zu sein. Das gibt es natürlich auch, ne, der musste viel Anleitung haben. Aber jeder hat doch ein Erfolgserlebnis gehabt, weil eben was gelungen ist. Jeder konnte was programmieren und hatte was auf dem Calliope. Das fand ich super. (TL_CS_09, Z. 190 – 200)
F: Okay. Wie siehst du den Verlauf oder die Lernfortschritte von der ersten bis zur letzten Stunde bei den Schülern und Schülerinnen?
I: Ja auch sehr differenziert natürlich. Es gab schon welche, die viel Interesse hatten, die das auch äußern konnten, die auch erklären konnten, was bei dem Code passiert. Also wenn man hingegangen ist: „Erklär mir mal, was da jetzt passiert“, die das also in Worte auch fassen konnten. Das ist ja immer so eine Kunst, was in Worte zu fassen. Und es gab aber auch Kinder, denen war das alles nicht bewusst, was da ist, also das ist …
F: Die sozusagen am Ende genau so dastanden wie …
I: Die eigentlich gedacht haben „Was willst du eigentlich hier von mir?“ Also, die das nachgebaut haben, aber es nicht erklären konnten.
F: Hattest du das Gefühl, das waren viele jetzt in deiner Klasse?
I: Das ist schon eine sehr intelligente Klasse. Also schon, aber es waren schon einige da, gerade auch mit Migrationshintergrund, die also Deutsch nicht als Muttersprache haben. Denen fiel das schon schwer, das in Worte zu fassen, was da jetzt programmiert wurde. Da war die Programmierumgebung war ja auch noch zwischen Englisch und Deutsch, das war ja nicht immer alles deutsch.
Also „rename variable“ stand dann da zum Beispiel, also so etwas. Das ist auch noch eine Sache, das natürlich, klar, hindert so ein bisschen dann auch, ne. Aber andere haben das eben einfach gemacht und etwas assoziiert mit diesem Wort und dann haben sie einen neuen Namen eingegeben für die Variable jetzt mal. (AFL_SC_01, Z. 279 – 298)
F: Wie siehst du den Verlauf oder den Lernfortschritt von der ersten bis zur letzten Stunde der Schüler*innen? Wie hast du den gesehen, diesen Lernfort-schritt?
I: Ich fand jetzt, in der zweiten Halbgruppe war es deutlich einfacher als mit der ersten Halbgruppe. Ich glaube ein, zwei Kinder haben wir dabei, wo das, jetzt in der Halbgruppe, die wir jetzt hatten, die da einen überschaubaren Lernzuwachs haben, sag ich mal, aber ich glaube das hätten die in allen anderen Unterrichten, die man stattdessen gemacht hätte, wahrscheinlich auch gehabt. Und ansonsten, ich glaube, dass es für R. zum Beispiel eine tolle Sache war, sich mal an solchen Geräten zeigen zu können. Offensichtlich hat er zu Hause ja nichts, der ist da total pfiffig und ich glaube, das ist irgendwie sein Ding. Also auch schön, dass Kinder, die eher auf der Nerd-Seite des Lebens wandeln, sich da auch mal zeigen können.
F: […] Ja, also, nur um das zusammenzufassen, also in der ersten Gruppe hast du den Lernfortschritt nicht so groß gesehen wie jetzt in der zweiten? Hab ich das richtig verstanden?
I: Ja. Wobei da in der ersten Gruppe auch ein, zwei Kinder waren, auch so ähnlich ja wie R., der F., der da doch so ein bisschen rausstach. Ja auch manchmal ja ein bisschen verhaltensoriginell ist, aber da ja doch seine Qualitäten auch zeigen konnte. (AFL_VA_01, Z. 88 – 103)
Auf der Basis der Auswertungen lassen sich drei Kompetenzstufen beschreiben:
Kompetenzstufe 1
Schüler*innen auf dieser niedrigsten Kompetenzstufe hatten meist Spaß an der Arbeit mit dem Mikrocontroller, waren überwiegend motiviert im Unterricht und zeigten mit wenigen Ausnahmen auch Interesse für die Unterrichtsinhalte. Häufig war das Interesse dann beson-ders groß, wenn es schnell ans Programmieren ging und die Programmieraufgaben in eine fiktive Geschichte eingebunden waren, wie zum Beispiel bei der Unterrichtseinheit „Roboter
‚Rumpelstilzchen‘“ oder wenn Aufgaben einen für sie interessanten Lebensweltbezug hatten, wie zum Beispiel bei den Unterrichtseinheiten „Nachrichten senden/Funk“ und „Sensoren und Aktoren (Alarmanlage)“.
Es waren insgesamt nur wenige Schüler*innen aus allen drei Klassen, die Kompetenzstufe 1 zuzuordnen sind. Diese Schüler*innen waren in der Lage, nach Anleitung Schritt für Schritt zu programmieren, brauchten dafür aber viel Unterstützung von der Lehrkraft. Das Öffnen und Schließen des Editors sowie das Überspielen der Programme auf den Mikrocontroller konnten am Ende alle, jedoch hatte man bei der Bearbeitung der Programmieraufgaben oft den Eindruck, sie wüssten nicht, was sie eigentlich tun. Diese Schüler*innen hatten
Schwierigkeiten, informatische Grundkonzepte, wie zum Beispiel Variablen oder das EVA-Prinzip, nachzuvollziehen und konnten sie meist auch nicht oder nur schwer mit eigenen Worten wiedergeben.
Beispiele für Kompetenzstufe 1
Zwei Ausschnitte aus dem Interview mit einer Schülerin und einem Schüler aus Klasse B nach Abschluss der letzten Unterrichtseinheit verdeutlichen dies. Auf die Frage, ob sie einem/einer Freund*in erklären könnten, was eine Variable ist, wusste der Schüler nichts zu sagen und machte den Eindruck, er höre das Wort zum ersten Mal. Auf die Frage, was Pro-grammieren ist, können beide dies nicht in Worte fassen, behaupten aber, dass sie es einem/einer Freund*in am Computer zeigen könnten:
F: […] Wenn ihr jetzt euren Freunden erzählen solltet oder erklären wolltet, wenn einer sagt: „Oh, ich habe gehört, dass du was mit dem Calliope gemacht hast. Was ist denn eigentlich Programmieren?“ Was würdet ihr dem/der Freund*in dann sagen?
N: Ich hätte gesagt: „Warte, ich muss überlegen“, weißt du, A.?
A: Nein.
N: Ich auch nicht. Ich hätte gesagt, dass Calliope – und kann man so – nee, ich kann es nicht.
F: Ist nicht schlimm. Ihr könnt es gerne versuchen.
A: Ich kann es auch nicht.
F: Ist wirklich nicht schlimm, es gibt kein Falsch und Richtig bei dem.
N: Okay, dann hätte ich gesagt, ich hätte es gezeigt, wie das geht, und dann hätte sie das auch gekauft.
F: Okay, und du, A., fällt dir doch was ein, was hättest du gemacht?
A: Nein, hätte ich das Gleiche wie N.
F: Auch gezeigt und dann hättest du ihm das – so beim Tun hättest du ihm erklärt, was du machst und was er machen muss oder sie.
A: Ja. (TS_VA_NiAl, Z. 44 – 58)
F: […], fangen wir bei dir an, was würdest du deinem/deiner Freund*in erzählen, wenn du ihr erklären müsstest, was eine Variable ist?
A: Was eine Variable ist?
F: Gute Frage, oder?
A: Ja.
F: Ich frage dich und du fragst mich: „Was ist eine Variable?“
A: Weiß ich auch nicht. (TS_VA_NiAl, Z. 75 – 84)
Zwei Ausschnitte aus einem Interview mit einem Schüler aus Klasse C drei Wochen nach Abschluss der letzten Unterrichtseinheit zeigen, dass die Schwierigkeiten bei der Arbeit mit dem Calliope nicht im Widerspruch zum Engagement und Interesse stehen müssen. Diesem Schüler hat das Programmieren des Mikrocontrollers Spaß gemacht, er fand es jedoch sehr schwer.
F: Okay, schön. Nächste Frage: Wie hat dir das Programmieren des Calliopes gefallen? Auch wieder auf einer Skala von 1 bis 10?
I: Also, toll. Ich – gibt es auch so schwer? Wie es gang, also schwer? Also ich fand es 10.
F: Also dir hat es richtig Spaß gemacht? Aber du fandest es schwer?
I: Ja, sehr schwer. (TS_CS_LO, Z. 64 – 68)
Auf die Frage, ob er noch wisse, was ein Algorithmus ist, konnte er sich erst mal nicht daran erinnern. Nach etwas Bedenkzeit versucht der Schüler, dann doch den Begriff mit eigenen Worten zu erklären, indem er sich an ein im Unterricht angewandtes Beispiel erinnert:
F: Und weißt du jetzt auch, wie Speichern geht und wie man Ordner findet?
I: Das habe ich noch nicht so ganz, also Programmieren von der, zu dem, das habe ich noch nicht [ganz genau].
F: Das ist dir noch so ein bisschen unklar geblieben, ist auch nicht einfach.
Und so, was ein Algorithmus ist, hast du das?
I: Was ist das nochmal?
F: Ein Algorithmus ist eine Abfolge von Befehlen.
I: Ach so, wenn ich einen Knopf drücke und dann spielt [der Abschnitt] immer wieder hintereinander.
F: Genau, wobei wir hatten ja dieses Beispiel mit dem Thermometer, dem Fieberthermometer, das ist so ein bisschen.
I: Ich habe jetzt eine andere Meinung … F: Ja?
I: … dazu.
F: Wie ist die?
I: Also dass so ein Strahl mit der Wärme aufgeladen wird und dann
gegengeschossen wird und dann halt das weiß, wie viel Hitze dann halt wieder rausgezogen wird.
F: Okay.
I: Das ist dann halt, wo das wieder gegengeht und dann den Knopf und dann weiß der Mensch.
F: Das ist jetzt das Beispiel für dich, für einen Algorithmus?
I: Ja. (TS_CS_LO, Z. 123 – 142) Kompetenzstufe 2
In Kompetenzstufe 2 lässt sich der Großteil aller Schüler*innen aus allen drei Klassen einordnen. Diese Schüler*innen zeichnet ebenfalls aus, dass sie überwiegend motiviert im Unterricht waren und mit wenigen Ausnahmen auch Interesse für die Unterrichtsinhalte zeigten. Ähnlich wie die Schüler*innen auf Kompetenzstufe 1 waren diese Schüler*innen be-sonders engagiert, wenn es schnell ans Programmieren ging und die Programmieraufgaben in eine fiktive Geschichte eingebunden waren, wie zum Beispiel bei der Unterrichtseinheit
„Roboter ‚Rumpelstilzchen‘“, oder wenn es einen für sie interessanten Lebensweltbezug gab, wie zum Beispiel bei den Unterrichtseinheiten „Nachrichten senden/Funk“ und „Sensoren und Aktoren (Alarmanlage)“.
Im Unterschied zu Kompetenzstufe 1 waren diese Schüler*innen zusätzlich in der Lage, die Programmieraufgaben selbstständig zu lösen. Sie brauchten dafür meist auch nicht viel Unterstützung von der Lehrkraft. Das Öffnen und Schließen des Editors sowie das
Überspielen der Programme auf den Mikrocontroller gingen ihnen leicht von der Hand. Bei der Bearbeitung der Programmieraufgaben machten sie häufig den Eindruck, als wüssten sie, was sie tun. Anders als die Schüler*innen auf Kompetenzstufe 1 kannten sich diese Schü-ler*innen überwiegend mit den relevanten und im Unterricht besprochenen Programmier-befehlen aus und konnten diese gezielt und relativ sicher zu einem Programm zusammen-stellen. Diese Schüler*innen hatten ebenfalls Schwierigkeiten, abstraktere informatische
Grundkonzepte nachzuvollziehen, wie zum Beispiel Variablen oder das EVA-Prinzip, genau-so wie das Wiedergeben und Erklären mit eigenen Worten.
Im Vergleich zu Kompetenzstufe 1 erweckten diese Schüler*innen durch ihre praktischen Handlungen beim Programmieren den Eindruck, dass sie die meisten der genannten informatischen Grundkonzepte verstanden haben.
Beispiele für Kompetenzstufe 2
Ein Ausschnitt aus einem Interview mit einer Schülerin aus Klasse C drei Wochen nach Abschluss der letzten Unterrichtseinheit lässt den häufig wahrnehmbaren Zusammenhang zwischen Erfolg und Lernfreude erkennen. Auf die Frage, was der Schülerin an den Unter-richtseinheiten Spaß gemacht habe und was sie dabei gelernt habe, antwortet die Schülerin selbstbewusst, dass sie es toll fand, selbst eine ‚Alarmanlage‘ zu programmieren, und dass sie dabei gelernt habe, wie man etwas programmiert und etwas auf einem Computer speichert:
F: Was hat dir während des Calliope-Projektes besonders viel Spaß gemacht?
K: Mir hat am besten Spaß gemacht, als wir die Alarmanlage gemacht haben.
F: Die Alarmanlage, was hat dir [daran] Spaß [gemacht], was war das?
K: Dass man das programmiert hat, das fand ich so toll.
F: Hast du das selber direkt geschafft, mit der Alarmanlage?
K: Ja.
F: Was hast du dabei gelernt, kannst du das in Worte fassen?
K: Ich habe gelernt, wie man etwas programmiert, und wie man etwas speichert auf dem Computer. (TS_CS_KR, Z. 9 - 16)
Oder die Aussage von Lehrkraft C im Interview nach der Unterrichtseinheit „Roboter Rumpelstilzchen“, in der sie ganz begeistert davon ist, wie „unvermittelt“ einige
Schü-ler*innen an die Programmieraufgaben herangehen und die Aufgaben mit Hilfe der Tipps auf der Rückseite des Unterrichtsmaterials (siehe „Lehrerhandreichung zur Explorationsstudie Calliope mini“) bearbeiten:
I: Wahnsinn, dass sie sich das so herleiten können, sie gehen da ganz unver-mittelt ran und arbeiten das dann so ab, mit den Tipps – ist super – auf der Rückseite, das ist genau richtig, auch dass man dann mal sagt: „Das ist der Befehl.“ (TL_CS_05, Z. 59 – 62)
Kompetenzstufe 3
In allen drei Klassen gab es einen/eine bis zwei Schüler*innen, die sich Kompetenzstufe 3 zuordnen lassen. Diese Schüler*innen zeichnete eine hohe Eigenmotivation und Selbststän-digkeit bei der Bearbeitung der Programmieraufgaben aus. Sie konnten nicht nur selbstständig Programmieraufträge bearbeiten, sondern auch eigene Ideen selbstständig umsetzen, das heißt, eigene kleine Programme schreiben. Mit der Bedienung des Editors und des Mikrocon-trollers kamen sie meist problemlos zurecht und kannten auch einige Programmierbefehle, die nicht für die Lösung der Programmieraufgaben relevant waren und auch nicht vorher von der Lehrkraft eingeführt worden waren. Diese Programmierbefehle hatten sie sich selbstständig erschlossen und konnten sie anwenden.
Sie konnten die in den Unterrichtseinheiten besprochenen informatischen Grundkonzepte nachvollziehen und diese auch in eigenen Worten erklären.
Beispiele für Kompetenzstufe 3
Der Schüler R. aus Schule B und der Schüler M. aus Schule C sind zwei Schüler, die Kom-petenzstufe 3 zugeordnet werden können, wie protokollierte Beobachtungen deutlich machen:
Das EVA-Prinzip wird noch einmal angesprochen.
- R. wusste die drei Begriffe noch. Die anderen Schüler*innen mussten in der Mappe nachsehen.
- Sensoren und Aktoren werden unter das EVA-Prinzip geschrieben. Weitere Beispiele für Aktoren werden gesucht.
- Eigentlich hat nur R. das Prinzip genau verstanden und kann es erläutern und auf sein Tun beziehen. (BP_VA_15, Z. 13 – 16)
R. hat eine Idee, möchte sie aber nicht verraten, programmiert zielstrebig, geht strukturiert vor, holt sich die Noten. (BP_VA_14, Z. 14)
R. zeigt, was er programmiert hat – eine Stoppuhr.
Auch S. zeigt, was er programmiert hat: einen Kickerzähler. Bei A ein Zähler hoch und bei B ein Zähler runter und wenn A und B gedrückt werden, geht der Zähler auf null. Die beiden waren stolz und die anderen Kinder haben
geklatscht. (BP_VA_13, Z. 40 – 43)
Die Programmierung einer Stoppuhr schaffte der Schüler R. allein, nachdem er mit der vom Lehrer gestellten Aufgabe fertig war.
Der Schüler M. aus Schule C konnte das Lied „Schneeflöckchen, Weißröckchen“
selbstständig und als Umsetzung einer eigenen Idee programmieren. Der Schüler erhält in seiner Freizeit Klavierunterricht und kannte daher die Noten des Liedes:
M. hat komplett „Schneeflöckchen, Weißröckchen“ programmiert. – Wollte
„Jingle Bells“ programmieren (hat den Zettel mitgenommen, aber keinen Laptop zu Hause, wollte es mit dem iPad® probieren oder zu jemand anderem gehen). (BP_CS_06, Z. 55)
Dies verweist auf Kompetenzen, die in den Bereichen „Problemlösen und Handeln“ in der KMK-Strategie (KMK 2016) sowie in den Bereichen „Information und Daten“,
„Algo-rithmen“, „Sprachen und Automaten“, „Informatiksysteme“ und „Modellieren und Implemen-tieren“ in den Kompetenzbeschreibungen des Arbeitskreises „Bildungsstandards Primar-bereich“ der GI (2018) formuliert sind.
Da die Schüler*innen in diesem Unterrichtsprojekt zum ersten Mal mit einem Mikrocontroller und informatischen Grundkonzepten konfrontiert wurden, liegt auf der Hand, dass die
Schüler*innen hier eine Kompetenzerweiterung erfahren haben. Wie oben beschrieben, haben die Schüler*innen ihre Kompetenzen auf verschiedenen Kompetenzstufen und in
unterschiedlichem Maße erweitert (siehe Abschnitt 0).
4.2.5 DIE KOMPETENZ ‚FACHSPRACHE – PASSIVES VERSTEHEN UND